JP2020051395A - 排気ターボ過給機の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】水冷方式の排気ターボ過給機のタービンハウジングの各所を適切に冷却できるようにする。【解決手段】排気ターボ過給機のタービンホイール４の外周に設けられるスクロール流路１３を囲繞する隔壁１３１、並びに、同タービンホイール４が軸方向に吐出する排気ガスを案内する排出路１４若しくは余剰の排気ガスを排出するウェイストゲート流路１５を囲繞する隔壁１４１、１５１の外側に冷却水を流通させるウォータジャケット１６が形成されており、それら両隔壁１３１、１４１、１５１のウォータジャケット１６に面する外面のなす角度が直角ないし鈍角となっている排気ターボ過給機の構造を構成した。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関に付帯する排気ターボ過給機の構造に関する。

内燃機関の気筒から排出される排気ガスの持つエネルギを利用してタービンホイール（または、インペラ）を回転させ、その回転をコンプレッサホイール（インペラ）に伝達し、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒へと送り込む排気ターボ過給機が周知である。

タービンホイールを収容するタービンハウジングは、高温の排気ガスに曝されて高温化する。このことから、これを冷却水を用いて冷却する水冷方式を採用することも少なくない（例えば、下記特許文献を参照）。

実開昭６３−０２２３４６号公報

図３に例示するように、既存の排気ターボ過給機のタービンハウジングでは、タービンホイールＡの外周を取り巻くように設けられるスクロール流路Ｂを囲繞する隔壁Ｂ１の断面形状が、軸方向と直交する径方向の外側に向かうにつれて拡開するような三角形状をなしている。

その外側に、冷却水が流通するウォータジャケットＣを配設するのであるが、ラジアルタービンＡが吐出する排気ガスを案内する排出路Ｄを囲繞する隔壁Ｄ１と、スクロール流路Ｂを囲繞する隔壁Ｂ１とが、ウォータジャケットＣ側から見て鋭角に交わることとなり、両隔壁Ｂ１、Ｄ１の入隅の部位Ｘにおいて冷却水の流れが淀んでしまう。その帰結として、当該部位Ｘに臨む部材、例えばシュラウドピースＥが過剰に昇温する懸念が生じる。

以上の問題に着目してなされた本発明は、水冷方式の排気ターボ過給機のタービンハウジングの各所を適切に冷却できるようにすることを所期の目的としている。

本発明では、排気ターボ過給機のタービンホイールの外周に設けられるスクロール流路を囲繞する隔壁、並びに、同タービンホイールが軸方向に吐出する排気ガスを案内する排出路若しくは余剰の排気ガスを排出するウェイストゲート流路を囲繞する隔壁の外側に冷却水を流通させるウォータジャケットが形成されており、それら両隔壁のウォータジャケットに面する外面のなす角度が直角ないし鈍角となっている排気ターボ過給機の構造を構成した。

本発明によれば、水冷方式の排気ターボ過給機のタービンハウジングの各所を適切に冷却することができる。

本発明の一実施形態における排気ターボ過給機の全体を示す断面図。 同実施形態の排気ターボ過給機の要部を示す拡大断面図。 従来の排気ターボ過給機の要部を示す拡大断面図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における排気ターボ過給機の全体構造を示している。本実施形態の排気ターボ過給機は、ハウジング（または、ケーシング）をアルミニウム合金を材料とした、水冷方式の過給機である。

ハウジングは、ベアリングハウジング（センターハウジング）２、タービンハウジング１及びコンプレッサハウジング３を備える。本実施形態にあって、ベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング３とは別個の部材であるが、ベアリングハウジング２とタービンハウジング１とは一体に成形している。

ベアリングハウジング２には、軸受孔２２を包有する軸受部２１を形成し、この軸受孔２２に例えばセミフローティングベアリング７を設けて、タービンホイール（または、インペラ）４とコンプレッサホイール（インペラ）５とを繋ぐ回転軸となるシャフト６を回転自在に軸受する。タービンホイール４はタービンハウジング１内に、コンプレッサホイール５はコンプレッサハウジング３内に、それぞれ収容する。

コンプレッサハウジング３には、吸気口３１が開口している。また、ベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング３とを締結することにより、両者の間にディフューザ流路３２を形成する。ディフューザ流路３２は、吸気口３１から取り入れる空気を昇圧する。ディフューザ流路３２は、シャフト６の軸方向と直交する径方向の内側から外側に向かって環状をなし、その内側端がコンプレッサホイール５を介して吸気口３１に連通している。

加えて、コンプレッサハウジング３に、コンプレッサスクロール流路３３を設けている。コンプレッサスクロール流路３３は、ディフューザ流路３２よりも径方向の外側にあって環状をなしている。コンプレッサスクロール流路３３は、ディフューザ流路３２、及び内燃機関の気筒に連なる吸気通路に連通する。

コンプレッサホイール５が回転すると、吸気口３１からコンプレッサハウジング３内に空気が吸引される。その空気は、コンプレッサホイール５の翼間を流通する過程で、遠心力の作用により増速される。増速された空気は、ディフューザ流路３２及びコンプレッサスクロール流路３３で昇圧されて、内燃機関の吸気通路に導かれる。

タービンハウジング１には、排気口１１が開口している。また、タービンハウジング１には、排気流路１２及びタービンスクロール流路１３を形成している。タービンスクロール流路１３は、排気流路１２よりも径方向の外側にあって環状をなしている。タービンスクロール流路１３は、排気流路１２、及び内燃機関の気筒に連なる排気通路に連通する。

内燃機関の気筒から排出され、タービンスクロール流路１３に導かれた排気ガスは、排気流路１２及びタービンホイール４を介して排気口１１へと至る。その排気は、タービンホイール４の翼間を流通する過程で、タービンホイール４を回転させる。タービンホイール４の回転力は、シャフト６及びコンプレッサホイール５に伝達され、これらを回転させる。結果として、吸入空気がコンプレッサホイール５の回転力により昇圧された過給気となって、内燃機関の気筒に供給される。

排気ターボ過給機には、ウェイストゲートを付設することが通例である。ウェイストゲートは、排気が流れる経路におけるタービン４の上流側と下流側とを接続するバイパスを開閉するものであり、排気ガスの一部をタービン４に流入しないよう迂回させ、内燃機関の気筒に向かう過給気の圧力が過剰に大きくならないよう抑制する役割を担っている。

ウェイストゲートバルブ１９は、タービン４を迂回しようとする排気ガスが流れる流路１５の終端部にあって、その流路１５を開閉するスイング弁である。即ち、基端側がヒンジピン１９３に接続し当該ヒンジピン１９３から離間するように伸長したアーム１９２の先端側に弁体１９１を支持させ、これらアーム１９２及び弁体１９１がヒンジピン１９３を中心に回動するものである。ウェイストゲート流路１５は、ラジアルタービン４が吐出する排気ガスを排気口に向けて案内する排出路１４に隣接している。ウェイストゲート流路１５に沿って余剰の排気ガスが排出される方向は、軸方向とほぼ平行である。

図２に、本実施形態における排気ターボ過給機のタービンハウジング２及びその冷却のための構造を示している。既に述べた通り、本実施形態の排気ターボ過給機は、ハウジング１を冷却水により冷却する。そのために、タービンホイール４の外周にあるタービンスクロール流路１３を囲繞する隔壁１３１、タービンホイール４が軸方向に吐出する排気ガスを案内する排出路１４を囲繞する隔壁１４１、並びにウェイストゲートを通過する外気ガスを案内するウェイストゲート流路１５を囲繞する隔壁１５１の外側に、冷却水を流通させるウォータジャケット１６を形成している。ウォータジャケット１６は、それら流路１３、１４、１５を軸回りに取り巻いている。

冷却水が流入する取入口１７から流入した冷却水は、仕切壁１８によって軸方向の両側に分流する。その一方の流れは、主としてタービンスクロール流路１３を囲繞する隔壁１３１を冷却する。他方の流れは、主として排出路１４及びウェイストゲート流路１５を囲繞する隔壁１４１、１５１を冷却する。

その上で、本実施形態では、タービンスクロール流路１３を囲繞する隔壁１３１のウォータジャケット１６に面する外面と、排出路１４を囲繞する隔壁１４１のウォータジャケット１６に面する外面とがなす角度を、直角ないし鈍角に設定している。加えて、両隔壁１３１、１４１の外面が交わる入隅の部位を、面取りまたは丸面取りしている。これにより、当該部位を流通する冷却水の流れの淀みを軽減している。

さらに、タービンスクロール流路１３を囲繞する隔壁１３１ののウォータジャケット１６に面する外面と、ウェイストゲート流路１５を囲繞する隔壁１５１のウォータジャケット１６に面する外面とがなす角度を、直角ないし鈍角に設定している。加えて、両隔壁１３１、１５１の外面が交わる入隅の部位を、面取りまたは丸面取りしている。これにより、当該部位を流通する冷却水の流れの淀みを軽減している。

本実施形態では、排気ターボ過給機のタービンホイール４の外周に設けられるスクロール流路１３を囲繞する隔壁、並びに、同タービンホイール４が軸方向に吐出する排気ガスを案内する排出路１４若しくは余剰の排気ガスを排出するウェイストゲート流路１５を囲繞する隔壁１５１の外側に冷却水を流通させるウォータジャケット１６が形成されており、それら両隔壁１３１、１４１、１５１のウォータジャケット１６に面する外面のなす角度が直角ないし鈍角となっている排気ターボ過給機の構造を構成した。

本実施形態によれば、水冷方式の排気ターボ過給機のタービンハウジング２の各所を適切に冷却することができる。従って、シュラウドピース８等が過剰に昇温して耐熱限界を超えるような懸念が払拭される。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的な構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の排気ターボ過給機に適用することができる。

１…タービンハウジング
１３…タービンスクロール流路
１３１…隔壁
１４…排出路
１４１…隔壁
１５…ウェイストゲート流路
１５１…隔壁
１６…ウォータジャケット

Claims (1)

1. 排気ターボ過給機のタービンホイールの外周に設けられるスクロール流路を囲繞する隔壁、並びに、同タービンホイールが軸方向に吐出する排気ガスを案内する排出路若しくは余剰の排気ガスを排出するウェイストゲート流路を囲繞する隔壁の外側に冷却水を流通させるウォータジャケットが形成されており、それら両隔壁のウォータジャケットに面する外面のなす角度が直角ないし鈍角となっている排気ターボ過給機の構造。

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